Владимир Кучин "История изобретения метеорологических приборов"

Дмитрий Менделеев (1834—1907 гг.)

Люсьен Види (1805—1866 гг.)

Эжен Бурдон (1808—1884 гг.)

Глава 7

Филон Византийский (жил около 250 г. до Р.Х.)

Тит Лукреций Кар (99—95 до Р.Х. – 55—51 до Р.Х.)

Герон Александрийский (около 10 г. – около 75 г.)

Шипионе Рива-Роччи (1864—1937 гг.)

Гален (129—200 гг.)

Хаслерус (1548 – 1602 гг.)

Джузеппе Бьянкани (1566—1624 гг.)

Санторио Санторио (1561—1636 гг.)

Роберт Фладд (1574—1637 гг.)

Герцог Тосканский Фердинанд II Медичи (1610—1670 гг.)

Князь Лоренцо Маджалотти (1637—1712 гг.)

Граф Гульельмо Либри (1803—1869 гг.)

Франческо Эшинарди (1623—1703 гг.)

Карло Ринальдини (1615—1698 гг.)

Исаак Ньютон (1642—1727 гг.)

Габриель Фаренгейт (1686—1736 гг.)

Рене де Реомюр (1683—1757 гг.)

Андерс Цельсий (1701—1744 гг.)

Питер ван Мушенбрук (1692—1761 гг.

Глава 8

Николай Кузанский (1401—1464 гг.)

Леон Баттиста Альберти (1404—1472 гг.)

Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.)

Джон Коньерс (1633—1694 гг.)

Уильям Молинье (1656—1698 гг.)

Уильям Ардерон (1703 -1767 гг.)

Джеймс Фергюсон (1710—1776 гг.)

Иоганн Генрих Ламберт (1728—1777 гг.)

Джон Смитон (1724—1792 гг.)

Гораций Бенедикт де Соссюр (1740—1799 гг.)

Анри Реньо (1810—1878 гг.)

Глава 9

Витрувий (около 80—70 гг. до Р.Х. – после 13 г. до Р.Х.)

Андроник Киррест (середина 1-го века до Р.Х.)

Леон Баттиста Альберти (1404—1472 гг.)

Джеймс Линд (1736—1812 гг

Авраам Фоллетта Ослер (1808 – 1903 гг.)

Джон Томас Ромни Робинсон (1792—1882 гг.)

Генрих Вильд (1833—1902 гг.)

Рудольф Фюсс (1838—1917 гг.).

Глава 1. Первые метеорологические знания

Как и в случае с любой естественной наукой, для метеорологии невозможно определить точную дату ее начала развития. При этом необходимо отличать метеорологию как науку и метеорологию как отрасль знаний. И, хотя метеорология как наука сравнительно молода, метеорология как отрасль знаний восходит к ранним истокам человеческой цивилизации.

Древние люди, которые были и полеводами и охотниками, в течение всей своей жизни были очень сильно зависимы от погодных условий, что понуждало их наблюдать за атмосферными явлениями в поисках признаков, которые могли бы предсказать будущую погоду. Накапливающиеся «приметы погоды» передавалась из поколения в поколение, постепенно приобретая форму коротких пословиц, чтобы облегчить их запоминание, например, «Май холодный – год плодородный (хлебородный)» и т. п.

Некоторые из самых ранних известных рукописей содержат фрагментарные упоминания о погодных явлениях. Книга Иова, предположительно написанная в начале 5-го века до Р.Х. содержит несколько рассуждений о погоде, в частности:

«Ручьи мутнеют от талого льда и принимают в себя снег, – но в летнее время пропадают они и в жару исчезают с лица земли». [1.1].

При этом многие из этих погодных примет, вероятно, были древними уже к моменту их записи. Большинство этих примет были основаны на таких погодных явлениях, как ветер, облака, дождь, хотя многие другие были основаны на суевериях, мистике или религии.

Первые цивилизации древности сложились в долинах великих рек: Нила в Африке; Тигра и Евфрата, Инда и Ганга, Хуанхэ и Янцзы в Азии. Хотя сегодня появляется новая информация о древних китайских и индийских цивилизациях, большая часть наших знаний о догреческих цивилизациях ограничена древним Египтом и древним Междуречьем – Вавилоном.

В Египте та отрасль знания, которую мы сегодня называем метеорологией, носила ярко выраженный религиозный характер. Еще в 3500 году до Р.Х. у египтян была религия неба с ритуалами «вызывания дождя». Как и во всех религиях древности, в Египте считали, что все атмосферные явления находятся под полным управлением богов.

Вавилонская цивилизация существовала примерно с 3000 по 300 год до Р.Х. и развивалась в междуречье рек Тигра и Евфрат. В этой местности нет растений, подобных папирусу, который египтяне использовали для приготовления бумаги, поэтому вавилоняне для письма применяли глиняные таблички. На сырой глиняной табличке с помощью клиновидного инструмента – «стилуса» выдавливались надписи, затем таблички обжигались в печи и все записи закреплялись на табличках буквально «на века».

Вавилоняне (это обобщенное наименование, более подробно мы остановимся на этой теме в главе об изобретении анемометра) были опытными хозяйственниками, математиками и астрономами. Тексты на некоторых табличках открыли, что метеорология в вавилонской культуре приобрела новые черты. Пытаясь связать земные атмосферные явления с движением небесных тел, вавилонские жрецы – основали своеобразную науку астро-метеорологию. Жрецы записывали на табличках такие прогнозы, как «Когда темный ореол окружает Луну, месяц принесет дождь или соберет облака» и «Когда на небе темнеет облако, подует ветер», и это было результатом их попыток найти связь между астрономией и метеорологией. Изучение облаков, бурь, ветра и грозы давало предзнаменования для хороших и плохих событий, например, «Если прогремит гром в день отсутствующей Луны, то урожай будет богатым, а торговля будет устойчива» и т. п.

Расшифровка тысяч глиняных табличек, найденных при раскопках, показала, что Вавилоняне уже определяли розу ветров в восемь румбов. Они знали четыре стороны света: юг – суту, север – ильтану, восток – саду, запад – амурра. Еще четыре промежуточных румба назывались так: юго-восток (суту у саду) и северо-запад (ильтану у амурра), северо-восток (ильтану у саду), юго-запад (суту у амура). До недавнего времени считалось, что этот способ объединения четырех основных ветров для обозначения четырех промежуточных румбов возник в Европе гораздо позже, во времена правления Карла Великого.

Первыми людьми, которые проводили документально подтвержденные регулярные метеорологические наблюдения и разрабатывали целенаправленные метеорологические теории, были древние греки. Но мы должны упомянуть о древних финикийцах, и Минойской цивилизации на Крите. Эти морские цивилизации использовали астрономию для навигации, и, вероятно, пытались прогнозировать погоду. Но надежных источников об их достижениях не сохранилось. Некоторые сведения по данному вопросу можно почерпнуть в книге автора «Древнее мореплавание и морская торговля» [1.2.].

Греческие города были разбросаны по всему Восточному Средиземноморью, и в одном из них, в Милете в Малой Азии жил известный философ и математик Фалес (около 650 г. до Р.Х.). Традиционно Фалеса называют первым натурфилософом, и приписывают ему некоторые математические открытия и доказательства. [1.3]. Известно, что Фалес интересовался и метеорологическими явлениями. Древнегреческий историк Геродот [1.4.] сообщает, что около 585 года до Р. Х. Фалес предсказал солнечное затмение, вероятно, это было затмение 28 мая:

«Так с переменным успехом продолжалась эта затяжная война, и на шестой год во время одной битвы внезапно день превратился в ночь. Это солнечное затмение предсказал ионянам Фалес Милетский и даже точно определил заранее год, в котором оно и наступило. Когда лидийцы и мидяне увидели, что день обратился в ночь, то прекратили битву и поспешно заключили мир».

Следуя примеру вавилонян, чьи труды он, по-видимому, изучил, Фалес попытался связать погодные явления с движением небесных тел. Сообщается, что он писал о равноденствии и солнцестоянии и изучал группу звезд, известных как Гиады (звездное скопление в созвездии Тельца). Гиады, как предполагали древние, указывали на приближение дождя, когда они восходили вместе с Солнцем. Начиная с начала записанной истории, человек размышлял об основных элементах, из которых состоит наш мир. Фалес также размышлял об этом, и утверждал, что мир состоит из одного основного элемента – воды, которая лежит в основе всего сущего и своей подвижностью образует жизненный цикл, в ходе которого проходит с неба на землю, через все живые существа, а затем снова на небо. По мнению Фалеса, Земля была плоской и плавала на воде. [1.5.].

Таким образом, Фалес знал о циклическом движении воды, падающей с неба в виде дождя и конденсирующейся обратно на небе. Хотя Фалес, несомненно, знал, что облака состоят из воды, не было никаких свидетельств того, что он точно понимал процессы образования облаков.

Фалес был заядлым путешественником, и совершил, по крайней мере, одно путешествие в Египет, где узнал о проблеме, которая веками ставила египтян в тупик. Каждый год летом воды Нила поднимались выше своего нормального уровня и затапливали всю окружающую местность. Египтяне, страдавшие от разливов Нила, считали, что вода в Нил поступает буквально из-под земли, просачиваясь через речное дно. Как сообщает Сенека в трактате «О природе» [1.6], Фалес нашел явлению катастрофических разливов Нила свое более научное объяснение: северные ветры «этесии» или «бореи» дуют в этой части Средиземноморья каждое лето 40 дней с начала июля до середины августа и мешают водам реки Нил, именно ветры сдерживают речное течение, прижимая морские воды к речному устью. Таким образом, именно нагон морской воды препятствует течению Нила. Подъем Нила, по мнению Фалеса, не являлся результатом увеличения количества его вод, «просачивающихся из-под земли», – Нил просто останавливается из-за того, что его водам мешает напор морской воды, и это приводит к тому, что, когда это возможно, Нил вырывается из своих берегов и затапливает окружающие земли.

Как мы знаем, эта важнейшая для Египта погодная проблема продолжала занимать внимание натурфилософов в течение примерно трехсот лет после Фалеса, и мы вернемся к этой проблеме и ее решению в Главе 3.

На протяжении всей ранней истории метеорологии погодные явления, такие как гром и молния, были важной темой для размышлений натурфилософов. У двух последователей Фалеса, Анаксимандра (ок. гг. 611—547 до Р.Х.) и Анаксимена (ок. 585—528 гг. до Р.Х.), были схожие теории о причине грома и молнии. Они утверждали, что гром происходит от столкновения воздуха с облаками, и, пробиваясь сквозь облако, гром разжигает пламя молнии. [1.7.]. Эта теория подразумевала, что в атмосфере присутствует огнеподобное вещество, и это убеждение преобладало в метеорологических теориях еще более 2000 лет.

Анаксимандр был земляком и сподвижником Фалеса. В конце своей жизни Анаксимандр написал трактат «Peri physeos» («De natura rerum»), первое в истории человечества сочинение по натурфилософии. Однако до нас дошло лишь несколько строк из этого трактата. Анаксимандр был проницательным наблюдателем атмосферных явлений, и, вероятно, именно эта проницательность привела его к определению ветра как «потока воздуха». Он был первым, кто дал такое научное определение ветра, определение, которое, как ни удивительно, не было общепринятым среди последующих натурфилософов на протяжении многих веков.

Анаксимен, другой милетянин, принял теорию Фалеса о «базовом элементе», лежащем в основе мира, но считал, что это воздух, а не вода, ввиду того, что он в результате наблюдений пришел к выводу о необходимости воздуха для поддержания жизни на Земле. Анаксимен предположил, что воздух содержит сущность, которую он назвал «пневма», и верил, что эта сущность поддерживает Вселенную таким же образом, как воздух поддерживает человеческое существование. Несмотря на то, что воздух был основным веществом, он мог принимать всевозможные облики в результате конденсации или сгущения, а также в результате разрежения или разжижения. Изменения в температуре воздуха были связаны с этими качественными изменениями. Обнаружив, что воздух, выдыхаемый человеком через открытый рот, теплый, в то время как воздух, выдуваемый через почти сомкнутые губы, холодный, Анаксимен ошибочно заключил, что разрежение повышает температуру, в то время как сжатие снижает ее.

Последним из знаменитых древних философов Ионийской школы был Анаксагор (ок. 499—427 гг. до Р.Х.), который преподавал в Афинах и прославился как блестящий натурфилософ. Достижения Анаксагора, которого часто называют «Первым ученым», сделали его большим авторитетом в области натуральной философии. Метеорология входила в круг многочисленных интересов Анаксагора. Его научная система, пожалуй, лучше всего проявилась именно в исследованиях метеорологических явлений. Основной научный подход Анаксагора состоял сначала в тщательном наблюдении за природой, а затем в проведении экспериментов для проверки гипотез там, где простое наблюдение не давало результатов. Одним из метеорологических явлений, которое Анаксагор попытался объяснить, был летний град, который ставил в тупик тех натурфилософов, которые думали, что вода не может замерзнуть в теплую погоду.

Начав с наблюдений за тем, что теплота (температура) воздуха вероятно снижается с увеличением высоты от земли, и что облака содержат влагу, Анаксагор пришел к выводу, что вода замерзает на очень больших высотах даже летом. Но как можно было заставить облака подняться на такие большие высоты? На этот вопрос Анаксагор легко ответил, потому что он знал, что тепло заставляет объекты подниматься и создает, как бы мы сегодня сказали, конвекционные потоки в атмосфере. Таким образом, жара летнего дня была способна поднять облака, насыщенные влагой, на такую высоту, что влага могла бы замерзнуть там, а затем упасть обратно на землю в виде града. [1.7.].

Чтобы объяснить снижение теплоты (температуры) с увеличением высоты, Анаксагор утверждал, что увеличение высоты вызывает постепенное уменьшение интенсивности солнечного света, отраженного от поверхности земли, что, в свою очередь, и вызывает понижение температуры воздуха. Этот тепловой (температурный) эффект, однако, наблюдается только до определенной высоты. Выше некоторой точки атмосфера начинает принимать иную форму – форму огнеподобной субстанции, которую Анаксагор называл «эфиром». Следовательно, где-то в верхних слоях атмосферы температура должна была повышаться, и становилась очень высокой. Это изменение, однако, происходило за пределами высот, которые были значимыми для метеорологических процессов на поверхности земли. Таким образом, на основе неверной физической модели Анаксагор удивительным образом пришел к истинной картине взаимосвязи температуры воздуха и высоты. Интересно, что такая зависимость температуры от высоты, предложенная Анаксагором, не была общепринятой в научных кругах до 19-го века, т. е. Анаксагор заглянул вперед на 2400 лет!

Анаксагор также использовал свою теорию наличия эфира в верхних слоях атмосферы, чтобы объяснить причину возникновения грома и молнии.